1.2. Порядок виконання роботи

Макроаналіз

1. Дослідити і замалювати макроструктуру зламів цинку й сурми.

2. Приготувати макрошліф на шліфувальних шкурках № 16, 8, 5.

3. Визначити ліквацію сірки, одержавши відбиток за Бауманом. Дати висновок про якість металу.

4. Пришліфувати макрошліф на шкурці № 5.

5. Протравити макрошліф у реактиві на основі хромпіка. Визначити волокнистість і спосіб виготовлення зразка (обробка тис­ком, різанням, зварюванням), а також можливість застосування поверхневого загартування або хіміко-термічної обробки.

Замалювати макрошліф і дати висновок про проведені досліджен­ня, показати найсприятливіше направлення волокон для виконання експлуа­таційних вимог.

6. Дослідити і замалювати дендритну структуру металу.

Мікроаналіз

1. Ознайомитись з роботою на металографічному мікроскопі МИМ-7, накреслити його схему.

2. Приготувати мікрошліфи зі сталі та чавуну, дослідити під мікроскопом їх поверхню після різних стадій механічної обробки (грубого і тонкого шліфування, полірування ) і замалювати їх.

3. Протравити мікрошліфи у 4-%-му спиртовому розчині азотної кислоти, дослідити під мікроскопом і замалювати мікроструктуру.

1.3. Контрольні запитання

1. Що таке макроаналіз?

2. Макрошліф і порядок його виготовлення.

3. Які існують види зламів?

4. Що можна дослідити при макроаналізі зламів і макрошліфів?

5. Як визначити ліквацію сірки?

6. Що таке волокнистість і як її виявити?

7. При яких ознаках можна визначити спосіб приготування зразків?

8. Що таке дендритна будова металів і як її виявити?

9. Що таке мікроаналіз?

10. Порядок приготування мікрошліфів.

11. Призначення полірування і травлення шліфів.

12. Принципова схема металографічного мікроскопа.

13. Що таке об’єктив і окуляр? Як визначити загальне збільшення мікроскопа?

1.4. Порядок оформлення звіту

Звіт оформляється в зошиті для лабораторних робіт. Звіт в лаконічній і чіткій формі повинен розкривати мету, задачу і результати дослідження. Він повинен містити:

• короткий виклад теоретичних відомостей;

• описання проведеної роботи;

• малюнки спостережень; результати вимірювань, які заносяться в таблиці і т.ін.;

• висновки з одержаних результатів.

Лабораторна робота № 2

Дослідження процесів первинної

Самовільної кристалізації

Мета роботи – ознайомитись з процесом формування структури кристалічних тіл при самовільній кристалізації.

2.1. Теоретичні відомості

2.1.1. Енергетичні умови кристалізації

Перехід речовини з рідкого чи газоподібного стану в твердий з утворенням кристалічної структури називається первинною кристалізацією.

Утворення нових кристалів в твердому кристалічному стані називається вторинною кристалізацією.

Енергетичний стан системи при сталому об’ємі і даній температурі T характеризується вільною енергією Гельмгольца , яка визначається як

, (2.1)

де U – внутрішня енергія, S – ентропія системи. Ентропія системи S визначається ймовірністю існування стану системи, яка пропорційна числу способів, якими може бути здійснено даний стан. Наприклад, ентропія Sр рідкого стану більша, ніж ентропія S_Т твердого стану, оскільки в структурі рідини більший безпорядок в розміщенні частинок (атомів, молекул).

У випадку змінного тиску р і об’єму енергетичний стан системи характеризується вільною енергією Гіббса

, (2.2)

де величину називають ентальпією (тепломісткістю) системи.

Чим більша вільна енергія системи, тим вона менш стійка. Різні фізичні процеси (в т.ч. і процеси фазових перетворень) відбуваються таким чином, що система прагне зняти стан з найменшим запасом вільної енергії.

Самовільна кристалізація металу обумовлена прагненням системи до рівноваги, тобто до стану з меншим запасом енергії.

Як видно з (2.1) при збільшенні температури Т вільна енергія F буде зменшуватися, оскільки внутрішня енергія U при цьому змінюється мало, а S>0. Відповідно до цього схематично покажемо характер зміни вільної енергії F в рідкому і твердому стані (рис.2.1.).

Рис.2.1. Зміна вільної енергії Fp в рідкому (1) і F_T – в твердо­му (2) стані в залежності від температури Т. (Крива (1) йде більш круто, бо Sp > S_T)

Як бачимо (рис.2.1), при Т=Т_{S ,} F_P=F_T, тобто буде рівновага твердої і рідкої фази, тому температура Т_S називається рівноважною.

При Т<Т_S система намагається зайняти твердий стан , оскільки F_P<F_T .

Таким чином, кристалізація рідини буде відбуватися при Т<Т_S , тобто при деякому переохолодженні. Ступінь переохолодження ∆Т визначається як

∆Т= Т_S – Т_n , (2.3)

де Тn – фактична температура кристалізації. ∆Т залежить від природи і чистоти металу. При підвищенні чистоти металу і збільшенні швидкості охолодження його, ступінь переохолодження ∆Т зростає.